Рождение и судьба Ω- гиперона настолько интересны, что стоит потратить на них немного времени.
Хотя мы как-то упоминали, что Ω- рождается в сопровождении трех каонов, это не совсем точно: один из каонов обычно играет свою роль в начале реакции (с левой стороны формулы). Реакция, которую мы опишем, наблюдалась в пучке отриуательных каонов:
K- + P → Ω- + K+ + Ko.
Каоны распадаются каждый на два пиона, Ω- излучает пион и превращается в Ξ; это уже третье поколение. Кси-гиперон, в свою очередь, распадается на Λo - гиперон и нейтральный пион. Нейтральный пион, как мы знаем, превращается в 2 фотона. Наконец, в шестом поколении каждый из фотонов порождает пару электрон-позитрон. Все шесть поколений с разветвлениями были обнаружены на одном снимке.
Читать дальше…
Описание объектов микромира ограничивается законом, который называется принципом неопределенности. Он утверждает, что нельзя описывать движение частиц так, как это делается в механике. Нельзя строго задать энергию или массу частицы, если частица живет недолго.
Если время жизни частицы равно T, то её масса может быть определена лишь с точностью до величины ΔE = h / T .
Обычно для большинства частиц такое неравенство не дает существенных ограничений. Например, для пиона, время жизни которого Tп = 2 * 10-8 сек, получим ΔE = 3 * 10-8 эв.
Это значительно меньше массы пиона (140 Мэв), и можно не думать о неопределенности, настолько она мала.
Читать дальше…
Мы хотим понять, как устроен микромир, но даже сама эта задача не очень ясна. даже если бы узнать из опытов все, что только можно, мы все равно не смогли бы описать микромир так, как можем описывать, например, устройство часов. Описывая устройство часов, мы рассказываем, где какая шестеренка верится и как одна шестеренка вертит другую. О микромире на таком языке разговаривать нельзя. В нем действуют совсем другие законы – законы квантовой механики, которые обычно считаются очень трудными.
Правда, трудность – это дело привычки, и, наверное, придет время, когда квантовая механика перестанет пугать читателя и устройство атома станет столь же понятным, как устройство радиоприёмника. Во всяком случае, сейчас уже есть много физиков, для которых починить радиоприемник труднее, нежели рассчитать атом.
Основная идея квантовой механики совсем проста. В микромире нельзя ставить любой вопрос и надеяться получить на него определенный ответ с помощью опыта. Наблюдая за спутником Земли, мы пользуемся радиоволнами или светом. Изучая строение человеческого тела, мы пользуемся рентгеновскими лучами. Но когда мы переходим к изучению электронов или квантов света, то у нас нет более тонких способов исследования, чем сами объекты, которые мы изучаем. Если бы протон состоял из каких-то меньших частиц, те, в свою очередь, из ещё более мелких и так без конца, то мы могли бы каждый раз делать всё меньшие и меньшие приборы и исследовать подробно всё меньшие и меньшие детали. Но мы уже знаем, что в микромире это не так.
Читать дальше…
Если подсчитать число нуклонов, входящих в состав какого-либо атомного ядра, а затем сложить их массы, то окажется, что сумма несколько превосходит массу ядра.
Куда же делся остаток? Он превратился в энергию согласно известной формуле E = mc². В ядре нуклоны связаны ядерными силами; энергия связи выделилась при слиянии нуклонов в ядро.
Разделив энергию связи на число нуклонов, мы получим среднюю энергию связи – свою для ядра каждого элемента. Средняя энергия характеризует прочность ядра.
Легко убедиться, что самыми прочными являются ядра, соответствующие середине периодической системы, расположенной в районе железа. Более легким ядрам энергетически выгодно сливаться воедино, более тяжелым – делиться или, скажем, испускать альфа-частицы, устремляясь таким путем к области наибольшей стабильности. Однако фактическая скорость таких выгодных процессов зачастую неизмеримо мала. Ведь для того, чтобы вылететь из ядра, положительно заряженной частице требуется преодолеть кулоновский барьер. В результате, хотя вблизи вершины кривой расположено всего несколько изотопов, известно более трехсот стабильных изотопов, не проявляющих ни малейших признаков радиоактивного распада.
Читать дальше…
Неравенство, написанное в предыдущей части статьи, позволяет оценить массу пиона-кванта поля ядерных сил. Если обозначить массу пиона через μ, то соответствующая энергия будет μс². Значит, излучение пиона сопровождается нарушением закона сохранения энергии на μс². Но такое нарушение может существовать не дольше чем h/μc². За это время пион пройдёт расстояние не больше чем h/μc.
Таким образом, если квант поля имеет массу μ, то взаимодействуют лишь заряды, находящиеся на расстоянии не более чем λ. Для массы электрона такая величина называется комптоновской длиной волны (она входит в формулу эффекта Комптона – рассеяния света электроном) и равна λc ≈ 3.96 * 10-11 см.
Так как радиус действия ядерных сил примерно равен 1.3 * 10-13 см, то есть в 300 раз меньше λc, то и масса пиона должна быть больше массы электрона в 300 раз. (На самом деле масса пиона равно 273 массам электрона.) Помимо этого, масса кванта электромагнитного поля равна нулю, следовательно, радиус действия электрических сил бесконечно велик.
Когда речь шла о рождении пиона при столкновении быстрого протона с другим нуклоном, то энергия на рождение пиона «извлекалась» из кинетической энергии протона. А откуда берётся энергия на рождение пиона внутри ядра? Естественно, что не из кинетической энергии нуклонов. Если энергии нуклонов хватало бы на рождение пионов, то изо всех ядер летели бы пионы до тех пор, пока вся эта энергия не растратилась.
Для ликвидации противоречия нужно принять, что пионы не излучаются – они появляются «виртуально». Это значит, что никто не может зарегистрировать промежуточный этап обмена, когда один нуклон уже «выбросил» пион, а другой его ещё «не поймал». Во всяком случае, это сделать нельзя, если не затратить на регистрацию пиона столько энергии, что ее хватило бы на освобождение пиона.
Читать дальше…
Давайте рассмотрим протоны и пионы. Эти два вида частиц резко отличаются друг от друга. Пионы способны рождаться и исчезать, три пиона могут превратиться в пять; пион может исчезнуть в случае столкновения с протоном.
Нейтрон ведёт себя совершенно по-иному. Никто не видел, чтобы нейтрон совсем исчез. Самое большое, что с ним может случиться, – он может превратиться в протон. Внутри ядра и протон может превратиться в нейтрон. Но исчезнуть и он не может. Исчезать способны только мезоны. Нуклоны (протоны и нейтроны) могут только превращаться друг в друга. В ядре такие взаимопревращения происходят так часто, что различить обе частицы становится невозможным: они почти тождественны.
Почему же эти разные частицы оказываются тождественными?
Два протона, если они находятся далеко друг от друга, перепутать нельзя. Но если протон и нейтрон находятся внутри атомного ядра, то различить их становится невозможным.
Внутри ядра протон с нейтроном могут обменяться пионом и изменить свой заряд. Протон излучит положительный пион и превратится в нейтрон. Нейтрон в свою очередь, подхватит новорожденный пион и превратится в протон.